Физики из лаборатории SLAC сделали новый прорыв в области физики высоких температур. Им впервые удалось напрямую измерить температуру атомов в так называемой «тёплой плотной материи» — экзоматерия(не встречающаяся на Земле материя), которая объединяет черты твёрдых тел, жидкостей и плазмы. Это не только помогло лучше понять процессы внутри планет гигантов, такие как Юпитер, коричневых карликов, звёзд и ядерных реакторов, но и случайно опровергло устоявшуюся теорию в термодинамике.
До сих пор ученые могли с высокой точностью определять давление и плотность в подобных экстремальных средах, но температура оставалась загадкой. Методы были слишком косвенными и откровенно, "грубые" модели — сложными, а погрешности — огромными. Но всё изменилось после того, как команда физиков разработала способ измерения скорости колебаний атомов при помощи сверхярких рентгеновских импульсов. А значит, и температуру теперь можно узнать напрямую, без догадок.
Эксперимент проводился на установке MEC в американской, национальной лаборатории SLAC. Физики использовали мощный лазер, чтобы разогреть тонкий слой золота до экстремальных температур. Затем через образец пропустили рентгеновский луч с Линейного когерентного источника света (LCLS). Изменения в рассеянии рентгена на колеблющихся атомах позволили точно определить их температуру.
Золото неожиданно выдержало нагрев до 19 тысяч кельвинов — температуры голубых звезд класса И. Это в 14 раз выше его точки плавления. И даже за пределами «энтропийной катастрофы» благородный металл сохранил свои свойства. Эта катастрофа считалась непреодолимой: теория предполагала, что при таком перегреве вещество неизбежно распадётся. Но золото не только не испарилось, но и сохранило свою кристаллическую структуру!
Учёные объясняют это тем, что материал нагрели настолько быстро — за триллионные доли секунды, — что он пока просто не успел расшириться и остался твёрдым. Это открытие открывает новые перспективы: возможно, не существует верхнего предела перегрева, если нагревать материал достаточно быстро.
Авторы подчёркивают, что законы термодинамики НЕ НАРУШЕНЫ. Речь идёт о том, что «энтропийную катастрофу» можно отсрочить или даже избежать, действуя стремительно.
Разработанный метод уже используется в новых экспериментах. Учёные изучают поведение материалов под воздействием ударных волн, чтобы имитировать условия в глубинах планет. Также они разрабатывают термоядерное топливо для будущих установок управляемого синтеза. Возможность точно измерять температуру от тысячи до полумиллиона кельвинов открывает двери к более точному моделированию процессов, которые ранее были недоступны.
Один из авторов отметил, что если первое применение метода уже привело к опровержению устоявшейся теории, то впереди людей и ИИ ждут ещё более удивительные открытия.